Jak struktura DNA wpływa na jego funkcję?

Kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA to nazwa makrocząsteczek, w których zawarta jest informacja genetyczna wszystkich żywych stworzeń. Każda cząsteczka DNA składa się z dwóch polimerów uformowanych w podwójną helisę i połączonych kombinacją czterech wyspecjalizowanych cząsteczek zwanych nukleotydami, uporządkowanych tak, aby tworzyły kombinacje genów. Ten unikalny porządek działa jak kod, który definiuje informację genetyczną dla każdej komórki. Ten aspekt struktury DNA definiuje zatem jego podstawową funkcję – funkcję definicji genetycznej – ale prawie każdy inny aspekt struktury DNA wpływa na jego funkcje.

Cztery nukleotydy, które tworzą kod genetyczny DNA to adenina (w skrócie A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Nukleotydy A, C, G i T po jednej stronie nici DNA łączą się z odpowiadającym im partnerem nukleotydowym po drugiej stronie. A łączy się z T, a C łączy się z G za pomocą stosunkowo silnych międzycząsteczkowych wiązań wodorowych, tworząc pary zasad, które definiują kod genetyczny. Ponieważ do utrzymania kodowania potrzebna jest tylko jedna strona DNA, ten mechanizm parowania pozwala na przekształcenie cząsteczek DNA w przypadku uszkodzenia lub w procesie replikacji.

Większość makrocząsteczek DNA ma kształt dwóch równoległych nitek skręcających się wokół siebie, zwanych „podwójną helisą”. „kręgosłupami” nici są łańcuchy naprzemiennych cząsteczek cukru i fosforanów, ale geometria tego szkieletu różni się.

W naturze znaleziono trzy odmiany tego kształtu, z których B-DNA jest najbardziej typowe dla człowieka istoty., Jest to prawoskrętna spirala, podobnie jak A-DNA, znaleziona w odwodnionym DNA i replikujących się próbkach DNA. Różnica między nimi polega na tym, że typ A ma ściślejszą rotację i większą gęstość par zasad - jak zgnieciona struktura typu B.

Inną formą DNA występującą naturalnie w organizmach żywych jest Z-DNA. Ta struktura DNA różni się najbardziej od A lub B-DNA tym, że ma krzywą lewoskrętną. Ponieważ jest to tylko tymczasowa struktura przymocowana do jednego końca B-DNA, trudno ją analizować, ale większość naukowców uważa, że ​​działa ona jako rodzaj przeciwskrętny środek równoważący dla B-DNA, który jest zgnieciony na drugim końcu (do kształtu A) podczas transkrypcji i replikacji kodu proces.

Jednak nawet bardziej niż wiązania wodorowe między nukleotydami, stabilność DNA zapewniają interakcje „układania zasad” między sąsiednimi nukleotydami. Ponieważ wszystkie oprócz łączących się końców nukleotydów są hydrofobowe (co oznacza, że ​​unikają wody), zasady są ustawione prostopadle do płaszczyzny szkieletu DNA, minimalizując efekty elektrostatyczne cząsteczek przyłączonych do lub oddziałujących z zewnętrzną stroną nici („powłoka solwatacyjna”), a tym samym zapewniając stabilność.

Różne formacje na końcach cząsteczek kwasu nukleinowego skłoniły naukowców do przypisania cząsteczkom „kierunku”. Wszystkie cząsteczki kwasu nukleinowego kończą się dołączoną grupą fosforanową z piątym węglem cukru dezoksyrybozy na jednym końcu, zwanym „końcem pięciu pierwszych” (koniec 5') i z grupą hydroksylową (OH) na drugim końcu, zwanym „końcem trzech pierwszych” (3' koniec). Ponieważ kwasy nukleinowe mogą być transkrybowane tylko zsyntetyzowane od końca 5', uważa się, że mają kierunek od końca 5' do końca 3'.

Często na końcu 5' znajduje się kombinacja par zasad tyminy i adeniny w jednym rzędzie, zwana „pudełkiem TATA”. Te nie są wpisane jako część kodu genetycznego, a raczej ułatwiają dzielenie (lub „topienie”) DNA pasmo. Wiązania wodorowe między nukleotydami A i T są słabsze niż te między nukleotydami C i G. Zatem posiadanie stężenia słabszych par na początku cząsteczki pozwala na łatwiejszą transkrypcję.